幾種秒信號產生電路的方案比較

周學紅

揚州廣播電視大學儀征分校（揚州 211400）

幾種秒信號產生電路的方案比較

周學紅

揚州廣播電視大學儀征分校（揚州 211400）

在實際電子電路中，秒信號產生的電路應用較為普遍，獲得穩定、精確的秒信號途徑和方法有很多種，每一種電路各有其特點。

秒信號 產生 精度

在實際電子電路中，秒信號產生的電路應用較為普遍，如數字頻率計電路、計數器電路、時鐘控制電路等，都需要穩定、精確的秒信號作為時基信號。獲得穩定、精確的秒信號途徑和方法有很多種，每一種電路各有其特點。在指導電大高職電子專業類學生畢業設計的教學實踐中采用了以下幾種電路，他們各有千秋，各有特點，各有優劣，適用于不同要求的工作場合。

1 555定時器構成多諧振蕩的秒信號產生電路

555定時器是一種集模擬、數字于一體的中規模集成電路，其應用極為廣泛。利用它可以很容易地接成施密特觸發器、單穩態觸發器和多諧振蕩器，秒信號產生電路就是選用555定時器構成多諧振蕩器。原理圖如下圖1。

工作原理：接通電源后，電容C被充電，當uc上升到2/3Vcc時，使uo為低電平，同時放電三極管T導通，此時電容C通過R2和T放電，uc下降。當uc下降到1/3VCC時，uo翻轉為高電平。電容放電所需時間為：t2=R2C ln2≈0.7R2C；電容充電時間t1≈（R1+R2）C ln2≈0.7（R1+R2）C；波形如圖2所示。

圖1 555定時器構成多諧振蕩電路圖

圖2 波形圖

本電路的優點是制作線路簡單，成本不高，調節電阻R1可以調節頻率，可調節占空比。缺點是由于占空比是可調的不是標準的方波，波形失真較大，且頻率的穩定性差。適用于頻率精度要求不高的工作場所。

2 石英晶體振蕩器分頻構成秒信號電路

石英晶體主要成分是二氧化硅，它的物理化學性質十分穩定，Q值很高，可達104～106，選頻特性非常好，構成的振蕩器電路有一個極為穩定的串聯諧振頻率。電路的振蕩頻率取決于石英晶體的振蕩頻率。本例用二級反相器與石英晶體組成多諧振蕩器。電路如圖3示。R1、R2的作用是使U1A、U1B工作在線性放大區，C1的作用是正反饋耦合，晶振的作用是選頻。本例的選用的晶振頻率是10.000000 MHz的晶片。因此本振蕩器的頻率為10.000000 MHz。

圖3 石英晶體振蕩器電路

要獲得1 Hz的秒信號必須要對10 MHz的晶振信號進行多次分頻，本例是采用74LS390 雙十進制計數器進行分頻，圖4是石英晶體構成的分頻秒信號電路。

圖4 石英晶體構成的分頻秒信號電路

本電路的顯著優點是頻率穩定性極好，可達1.000000 Hz的精確度，若想得到高的頻率穩定度，可采用輔助溫度補償電路，10.0 MHz的頻率穩定度可達到1-2個PPm，且波形失真小。該電路的唯一缺點是線路稍復雜，制作成本略高。適用于對秒信號要求十分嚴格的電路中，如高精度數字式頻率計中的計數閘門。

3 14級二進制串行計數器/分頻器CC4060構成秒信號產生電路

14級二進制串行計數器/分頻器CC4060由兩部分組成，一部分是14級分頻器，另一部分是振蕩器。振蕩器外接用電子表的石英晶體，構成頻率為32768 Hz（=215）的振蕩器，32768 Hz經過CC4060十四級分頻后為2 HZ，再經過一個D觸發器組成的T’觸發器二分頻，就得到1 HZ秒信號，D觸發器選用74 LS74。電路如圖5所示。其中R2為直流負反饋電阻，使CC4060內部與非門工作于傳輸特性的線性轉折區，本例取2 MΩ。C6，C7用于穩定振蕩，本例取100 pF。R1C5組成上電復位電路，在接通電源瞬間產生一個微分脈沖，使CC4060輸出清0，分別取10 kΩ、10 μF。

圖5 CC4060構成秒信號產生電路

本方案電路的優點是電路簡單，制成容易，成本較低，且頻率的準確度也較好。可作為時鐘電路的秒信號源，但其頻率穩定度不及上一種電路。

4 單片機產生標準秒信號電路

用單片機產生標準秒信號的優點是硬件電路簡單，可靠性好，輸出波形好，且頻率穩定度與晶體相同。

但由于是利用單片機內部的計數器進行自動計數器，且必須靠“中斷”服務程序來實現秒信號的生成，由于CPU對中斷響應時間的不確定性的關系，因而每個秒周期均存有數微秒的時間延遲，倘若對其進行適當的軟件補償并反復進行修正調試，也可使延遲時間減至最小，從而也可獲得更加精確的秒信號，且可獲得晶振級的頻率穩定度。

用單片機產生標準秒信號的電路很簡單，凡是具有“定時/計數”功能的單片機均可勝任，現以AT89C2051單片機為例，其硬件電路如圖6所示。

圖6 單片機產生標準秒信號電路硬件圖

電路組成說明：

由C1R1組成單片機上電復位電路，

由C2C3和6.000 MHz晶體組成單片機時鐘振蕩電路，

由R2Q1Q2R3R4和C4組成秒信號輸出電路，單片機的P3.4（T0）口用作定時器。

AT89C2051實現秒信號輸出的匯編程序如下：

以上電路在指導學生制作時，全部調試成功，且運行正常。

在實際的教學實踐中，我們應多作探討，多作研究，以盡可能的讓學生多動手，多思維；開動學生的腦筋，培養他們的應用能力、實踐能力、創新能力，以適應新時代對高職學生培養需求。

苗君明）